专利名称：一种滑动电接触模拟测试系统的制作方法
技术领域：
本发明设计涉及一种模拟滑动电接触的技术，特别涉及到一种滑动电接触模拟测试系统。
背景技术：
在通信、计算机、测量、控制及各类电子系统中需要大量电子连接。它们起着各种电子元件电路之间、设备之间乃至系统之间的彼此维系作用。电接触学是专门研究电子连接的科学，是用来描述两个组件因带电接触而产生的一种状态。电子连接大多是通过机械结构来实现的。在实际生活中，例如耳机的插拔、电源接头的插拔、插销相对与插座的插拔等等，都会产生大幅度的运动，在电子元器件之间的接通和断开有关的相对运动幅度相当大的运动被称为滑动。摩擦和磨损是滑动电接触的重要现象，摩擦将使滑动过程中的能量损失，磨损则使表面金属特别是贵金属迅速丧失，露出基底金属，因而造成腐蚀和接触不良ο为了更好的研究滑动现象对电接触的影响，减少滑动摩擦和磨损对电气设备造成的损失，提高电气设备的可靠性。对电连接器该项指标的评估、性能寿命预测以至故障分析过程中，实验室模拟是目前国际公认的有效手段。滑动接触电阻作为衡量滑动失效的一个重要指标，动态地再现了滑动过程中接触电阻的变化以及对电接触性能影响的程度，是分析和研究滑动的关键参数。在电接触领域，特别是对于通信用低压连接器，采用的接触压力较小，但接触压力变化的范围较宽，从几克力到上百克力，滑动的幅度也从几毫米到几十毫米不等，滑动的周期一般都此较长。因而在研究和分析中，常采用实验室加速模拟的方法来加速连接器滑动的过程，模拟滑动失效。滑动接触电阻测试系统是加速模拟连接器滑动现象的实验装置，一般通过控制连接器电接触对的相对运动，加速模拟连接器滑动的过程，测试滑动过程中接触对的接触电阻值并自动记录，测试滑动对电接触性能的影响。图1为现有滑动接触电阻测试系统结构示意图。如图1所示，包括滑动接触电阻测试单元11、滑动台模块12、计算机单元13及基座14。其中，滑动接触电阻测试单元11，包括恒流源111、法向压力施加装置112、测试触头 113、测试样片114、及数字万用表115。恒流源111第一端与测试触头113相连，第二端与测试样片114相连；设定为直流电压测量档的数字万用表115第一端与恒流源111相连的测试触头113对侧相连，第二端与恒流源111相连的测试样片114对侧相连，恒流源111、测试触头113、测试样片114及数字万用表115之间的连接构成四点法的连接电路；测试样片114固定在样片固定台121表面，测试中测试触头113与测试样片114 接触形成测试通路；设定为直流电压测量档的数字万用表115，通过232串口与计算机单元13相连，将数据传送给计算机单元13 ；滑动台模块12用于带动测试样片114做直线往复运动，与固定不动的测试触头 113之间形成相对运动，以模拟滑动情况，包括固定台121、滚珠丝杠副122、步进电机123和电机驱动器124 ；测试样片114被固定在滚珠丝杠副122的滑块上的固定台121表面，滚珠丝杠副 122的丝杠与步进电机123相连接，可将步进电机123的旋转运动转换成固定台121的直线运动。计算机单元13将信号发送给电机驱动器124，通过发送的脉冲信号的频率和数量控制步进电机123的转速和停止位置，即可控制测试样片114相对于测试触头113的直线运动速度和停止位置。通过改变法向压力施加装置112上所施加的砝码重量，则可以调节作用在测试触头113和测试样片114之间的接触压力，即可进行不同接触压力下的滑动接触电阻测试；基座14，用于支撑系统的机械结构，隔离环境振动、冲击对滑动接触电阻测试的影响但现有的滑动接触电阻测试系统存在如下问题1、滑动接触电阻测试过程中稳定性较差。在滑动情况下，因为触头和样片表面不是绝对的平滑，都有一定的粗糙度，所以在触头相对于样片进行滑动的时候，触头会因为瞬时向上的冲击产生跳跃现象，而该法向压力施加装置并没有抑制触头向上弹跳的结构，导致法向压力的大小会突变，并且触头向上弹跳的时候造成触头和样片之间的电路会断路， 导致实验数据突变。2、无法在实验样片上进行滑道位置的精确定位选取。样片在载物台上的安装没有定位装置，拆卸再安装后无法使后续滑动定位于原有滑道上，限制了在实验样片同一位置的反复滑动实验。3、无法在滑道的不同磨损区域建立与滑动电阻的直接关系。滑动过程中的电阻测量是相同时间间隔采样，而滑动是变速运动，每个电阻值无法与滑道内的接触位置相对应。4、无法测量接触界面的温度值。现有的滑动接触电阻测试系统没有温度测量装置。5、测试通道较少。现有的滑动接触电阻测试系统只有1个通道，只能对一组接触对进行加速滑动模拟实验，实验效率很低。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个主要目的在于提供一种滑动电接触模拟测试系统，提高滑动过程中接触电阻自动测试的精度。为达到上述目的，本发明提供了一种滑动电接触模拟测试系统，用触头和样片模拟接触对，触头可与样片做相对滑动运动，本系统可精确测量触头在在滑道中的位置，并测量对应位置的电压降和接触对界面温度数据，实现此特征的单元包括滑动台模块，滑动控制模块，滑动测量模块，其中滑动台模块，用于根据控制单元发送来的滑动及控制指令，在设定的接触压力下， 使固定其中的触头和样片产生相对滑动；滑动控制模块，用于根据计算机发送的指令控制步进电机带动滑动机构运动并反馈滑动位置信息，滑动控制模块又包括计算机单元，步进电机及驱动装置，角度测量装置；计算机单元，用于输出步进电机的控制信号；步进电机及驱动装置，用于驱动滑动机构产生预期的运动；角度测量装置，用于时刻反馈接触对在滑动轨道的位置，每检测电机转动一个角度，通过计算机单元，控制采集一次数据，实现数据与位置的对应关系；滑动测量模块，用于对滑动中的连接器接触对进行动态接触电阻测量，滑动测量模块又包括四点法测电阻装置，温度测量装置，数据采集装置，计算机单元；四点法测电阻装置，用于测量接触对的电阻，通过恒流源提供恒定的电流，测量接触对的压降；温度测量装置，用于通过间接测量的方法检测接触区域的温度；数据采集装置，用于采集接触对上的压降，并将数据传入计算机单元；计算机单元，用于对采集的数据进行处理，显示，存储。较佳地，所述系统能够显示滑动过程中接触对的温度，实现此特征的单元包括滑动台控制单元中的温度测量装置以及计算机单元温度测量装置，用于测量接触对下端的温度，通过数学计算，间接测量滑动区域的温度，并将温度信号传入计算机单元；计算机单元，用于显示接收的温度数据；较佳地，所述滑动台模块可以实现测试触头相对于测试样片设定幅值和频率的直线往复运动，并可精确定位，实现滑动实验中法向力的准确施加，滑动台模块包括x向运动单元、Y向运动单元和Z向接触力力施加单元，X向运动单元，用于固定样片并与其他机械系统绝缘，接受控制单元发送来的滑动及控制指令，产生特定频率的直线往复运动；Y向运动单元，用于改变触头垂直于样片运动方向的位置，并精确定位在某一位置；Z向接触力施加单元，用于对测试样片和测试触头组成的接触对之间施加精确的法向施加力，并保持法向施加力的稳定。较佳地，所述Y向运动单元包括手轮、超越离合器、滚珠丝杠副、Y向连接件、丝杠支架和超越离合器支架，手轮，用于将转动的角度通过刻度明确的显示出来；超越离合器，用于将触头精确定位在垂直于样片运动方向的设定位置上，并保持稳定；滚珠丝杠副，用于将手柄产生的旋转运动转换成直线运动；Y向连接件，用于支撑Z向接触力施加单元，可使Z向接触力施加单元在Y方向上的位置由手轮控制；丝杠支架，用于支撑滚珠丝杠副，并使滚珠丝杠副的轴线和超越离合器的轴线重合；超越离合器支架，用于支撑超越离合器，并使超越离合器的轴线和撑滚珠丝杠副的轴线重合。
图1是现有滑动接触电阻测试系统结构示意图；图2是本发明实施例测试滑动接触电阻的系统结构示意图；图3是X向运动单元结构示意图；图4是Y向运动单元示意图；图5是本发明实施例测试滑动接触电阻的系统软件程序框图。
具体实施例方式本发明通过滑动控制模块设置滑动控制参数，将参数指令执行至滑动单元，滑动台模块根据指令控制χ向运动单元进行运动，同时角度测量装置反馈位移信息给计算机单元；样片被固定在X向运动单元的定位台上，触头被固定在Z向接触力施加单元的末端， 垂直和样片接触构成接触对，通过温度测量装置和计算机单元动态显示接触区域的温度数值；Z向接触力施加单元将接触压力施加在触头上，恒流源提供接触对的电流，数据采集卡采集样片和触头之间的压降，通过PCI总线传送到计算机单元；计算机单元对采样数据进行数据处理和图形显示并保存到磁盘上。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。图2是本发明实施例测试滑动接触电阻的系统结构示意图，可实现同时进行四组滑动电接触的模拟，并进行数据的采集、处理和显示。为了方便说明，图2中仅对其中一个通道的结构进行示意说明。如图2所示，本发明实施例测试滑动接触电阻的系统包括滑动台模块21，滑动测量模块22，滑动控制模块23。各个模块介绍如下滑动台模块包括整个系统的机械结构以及固定在上的机构装置。该单元包括基座 211，X、Y向运动单元212，温度测量装置213，测试样片214，测试触头215，Z向接触力施加单元216。基座211，用于支撑步进电机232和滑动载物台212，调节系统处于水平状态，隔离环境振动、冲击对滑动接触电阻测试的影响；测试样片214被固定在滑动载物台212的样片定位台表面测试触头215被固定在法向压力施加装置216的末端，滑动控制模块23控制在测试触头215和测试样片214之间产生相对滑动，在测试样片214的下方固定了温度测量装置213，用于监测滑动过程中的温度变化，温度值信号被传入计算机单元223中进行数据显示；滑动载物台212还可以精确调整和定位测试触头215在测试样片214在垂直于滑动方向的距离。X、Y向运动单元212包括X向运动单元、Y向运动单元，其中X向运动单元，用于固定样片并与其他机械系统绝缘，接收滑动控制模块23发送来的滑动及控制指令，带动测试样片114产生特定频率和幅值的直线往复运动。图3为X向运动单元结构示意图，如图3所示，该单元包括步进电机301、联轴器 302、曲柄盘303、连杆304、载物台305、绝缘垫306、定位台307，其中曲柄盘303、连杆304和载物台305组成对心曲柄滑块机构，可将步进电机301产生的旋转运动转换为载物台305的往复直线运动。步进电机301通过联轴器302与曲柄盘303相连接，曲柄盘303与连杆304、载物台305 —起组成对心一个曲柄滑块结构，以实现直线往复运动，绝缘垫306安装在载物台305和定位台407之间，以实现定位台307和机械机构之间的绝缘；Y向运动单元，用于改变测试触头215垂直于测试样片214运动方向的位置，将测试触头215精确定位在垂直于测试样片214运动方向的设定位置，图4为Y向运动单元结构示意图，如图4所示，该单元包括手轮401、超越离合器402、滚珠丝杠副403、Y向连接件 404、丝杠支架405和超越离合器支架406 ；手轮401，用于将转动的角度通过刻度明确的显示出来，超越离合器402用于在滑动模拟过程中保持触头与样片Y向相对位置的稳定，滚珠丝杠副403用于将手轮401产生的旋转运动转换成直线运动，Y向连接件404，用于支撑Z向接触力施加单元，可使Z向接触力施加单元在Y方向上的位置手轮控制，超越离合器支架405将超越离合器402架起设定的高度，以使超越离合器402的轴心和滚珠丝杠副403的轴心重合，便于安装和使用；Z向接触力施加单元216，用于对测试样片214和测试触头215组成的接触对之间施加精确的法向施加力，并保持法向施加力的稳定。滑动测量模块22，用于对滑动中的连接器接触对进行动态接触电阻测试，包括恒流源222、法向压力施加装置216、测试触头215、测试样片214以及数据采集卡221。恒流源222，用于提供预定的恒定电流，第一端与测试触头215相连，第二端与测试样片214相连，用于根据实验需要输出测试电路的恒定电流，例如，在本实施例中，由于测试滑动接触电阻的系统应用于通信领域，恒流源222输出的电流不能太大，以免击穿连接器在使用环境中形成的表面污染膜层，一般不应超过100毫安(mA)，并设置有限压保护， 挤在恒流输出情况下，如果输出电压达到限压值，恒流源将自动转到恒压(限压值)输出；数据采集卡221的差分模拟输入端，一端与测试触头215 —侧相连，一端与测试样片214另一侧相连，用于对测试触头215与测试样片214两端的电压降进行采集，并输入计算机单元223进行数据处理；法向压力施加装置216，用于根据实验需要对测试触头215施加预定的接触压力。 通过调整法向压力施加装置216顶端所放的砝码的重量，就可以改变法向压力施加装置 216所施加在测试触头215和测试样片214之间的接触压力，因为法向压力施加装置216对砝码的重量有一定的抵消，所以在实验之前应使用传感器对法向压力施加装置进行标定。滑动控制模块23，用于控制滑动台模块进行设定的运动，包括电机驱动装置231， 步进电机232，角度测量装置233以及计算机单元223。通过在计算机单元223中设定滑动运动参数，电机驱动装置231接收到来自计算机单元223的滑动运动指令后驱动步进电机232进行设定运转，带动滑动载物台212进行来回往复运动；角度测量装置233测量步进电机232运转过程中的角度位移并将数据反馈到计算机单元223，计算机单元223每收到一个角度位移信号，控制数据采集卡221采集一次电压数据，实现位置与电压数据的对应关系。计算机单元223，用于与数据采集卡221，步进电机232，角度测量装置233以及温度测量装置213进行通信，另外，计算机单元223中包括系统的软件，软件是基于Labview 环境中开发的，其程序框图如图5所示。打开程序后，进行初始化，用户在界面输入滑动控制和实验注释参数；打开程序，程序开始运行，同时进行电机控制和数据采集两个线程，电机控制通过程序发送指令给数据采集卡221的计数器，使得计数器产生相应的控制脉冲， 从而驱动步进电机232进行设定频率和周期的运转，通过角度测量装置233得知步进电机 232运转一个角度，就会给程序一个信号来采集一次电压信号，采集到的数据会实时进行数据处理、数据显示和数据存储；若没有完成指定周期，程序会继续进行步进电机控制和数据采集；当完成指定周期后，程序会自动停止，退出程序。由上述可见，本发明一种滑动电接触模拟测试系统，可真实模拟低压领域中接触对的相对滑动情况。该系统可对每一个采样数据点进行准确定位，并将采集到的接触对电压降信号进行数据存储、处理和图形显示，然后计算出接触电阻值，该系统还可测量与电阻值对应位置的接触界面温度。本发明能够增加滑动接触电阻的测试通道，并可准确定位，测量对应位置的接触电阻值和接触界面温度值，提高滑动接触电阻测试的精度，降低实验操作的复杂性。以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内， 本发明所主张的权利范围应以发明申请范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.一种滑动电接触模拟测试系统，其特征在于，用触头相对于样片的滑动模拟接触对之间的相对滑动情况，并测量滑动接触电阻数据和接触对界面温度数据，该系统包括滑动台模块，滑动控制模块，滑动测量模块，其中滑动台模块，用于根据滑动控制模块发送来的滑动及控制指令，在设定的接触压力下， 使的触头和样片产生相对滑动，并准确定位触头与样片之间的初始位置，为测量触头在滑道内的位置提供基准点；滑动控制模块，包括计算机单元、步进电机及角度测量装置，用于向滑动台模块输出滑动及控制指令，根据计算机单元发送的控制指令控制步进电机带动滑动台模块运动，并由角度测量装置测量步进电机运转过程中的角度位移以反馈滑动位置信息；滑动测量模块，用于对滑动中的接触对进行动态接触电阻测量，和接触界面的温度测量。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在与，所述滑动台模块包括X向运动单元、Y向运动单元和Z向接触力施加单元，其中X向运动单元，用于固定样片并与其他机械系统绝缘，接收滑动控制模块发送来的滑动及控制指令，产生特定频率的直线往复运动，该单元包括绝缘垫片、载物台、滑动导轨、连杆、曲柄盘、联轴器、步进电机；Y向运动单元，用于改变触头垂直于样片运动方向的位置，并精确定位在某一位置，该单元包括滚珠丝杠副和超越离合器，滚珠丝杠副用于将手柄产生的旋转运动转换成直线运动，超越离合器用于将触头精确定位在垂直于样片运动方向的设定位置上，并保持稳定；Z向接触力施加单元，用于对接触对施加精确的法向施加并在滑动过程中保持施加力的稳定，该单元使用双膜片弹簧结构，双膜片弹簧结构轴向刚度较小，可使施加力良好的传递到接触对，径向刚度较大，可有效抵抗滑动过程中的剪切力保持结构稳定。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，动态接触电阻数据能够与滑动接触区域的位置一一对应，实现此特征的有计算机，步进电机，角度测量装置，其中计算机，用于发送指令控制步进电机运转来产生设定频率幅值的滑动； 步进电机，用于带到曲柄滑块产生往复运动； 角度测量装置，用于反馈滑动接触对的实时位置。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过间接测量的方式显示滑动过程中接触对的温度，实现此特征的有温度测量装置，NI数据采集卡，计算机，其中温度测量装置，用于通过间接测量的方法检测接触区域的温度； NI数据采集卡，用于采集检测到的温度信号； 计算机，用于动态显示采集到的温度数据。
全文摘要
本发明公开了一种滑动电接触模拟测试系统，包括滑动台单元、滑动测量单元和滑动控制单元。将样片和触头安装好后，启动滑动电接触模拟测试系统，在滑动控制单元中设定指令参数信息，并向滑动台单元发送；滑动台单元根据接受的指令参数，产生设定的滑动运动，并反馈位置信息对每一个采样数据点进行准确定位；滑动测量单元采集接触对电压降信号，并将采集信号输送至计算机单元进行数据存储、处理和图形显示，然后计算出接触电阻值，本单元还可测量与电阻值对应位置的接触界面温度。应用本发明能够增加滑动接触电阻的测试通道，并可准确定位，测量对应位置的接触电阻值和接触界面温度值，提高滑动接触电阻测试的精度，降低实验操作的复杂性。
文档编号G01R27/14GK102565537SQ20121000748
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者刘利彪, 周怡琳, 朱萌, 许良军 申请人:北京邮电大学